MX2015006795A - Metodo para formar una muesca de soldadura en una pieza de metal en hoja. - Google Patents

Abstract

Las piezas de metal en hoja pretendidas para soldarse pueden hacerse con muescas de soldadura ubicadas a lo largo de uno o más bordes. Una muesca (30) de soldadura se caracteriza por la ausencia de ciertos constituyentes (16,18) de materiales de manera que no contaminen de manera inaceptable las soldaduras cercanas. La muesca de soldadura puede crearse al formar primero una brecha (130) por ablación a lo largo de la pieza (12) de metal en hoja, después separar la pieza de metal en hoja a lo largo de la brecha por ablación formada en dos piezas separadas de las cuales al menos una incluye un borde (28) recién formado y soldable.

Description

MÉTODO PARA FORMAR UNA MUESCA DE SOLDADURA EN UNA PIEZA DE METAL EN HOJA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente descripción se refiere generalmente a piezas de metal en hoja y, más particularmente, a piezas de metal en hoja que se revisten con una o más capas de material delgado y se utilizan en procesos de soldadura.

En un esfuerzo por mejorar la resistencia a la corrosión, descascarillado y/u otros procesos, el metal en hoja formado de aleaciones de acero de alta resistencia o endurecibles ahora se forman con una o más capas de material de revestimiento delgado, tal como capas de aluminio y de zinc. Aunque estas capas de material de revestimiento pueden impartir cualidades deseables al metal en hoja, su presencia puede contaminar las soldaduras, por lo que se reduce la resistencia de soldadura, la integridad, etcétera. Esto particularmente es verdadero si la pieza de metal en hoja revestida se suelda a tope o se suelda a solape con otra pieza de metal en hoja.

De acuerdo con una modalidad, se proporciona un método para formar una muesca de soldadura en un pieza de metal en hoja que comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en hoja que tiene una pluralidad de capas de material; (b) formar una brecha por ablación a lo largo de la pieza de metal en hoja al remover al menos una porción de la pluralidad de capas de material a lo largo de un trayecto de ablación de manera que la brecha por ablación se separe de un borde de la pieza de metal en hoja; y (c) cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de la brecha por ablación para formar la muesca de soldadura.

De acuerdo con otra modalidad, se proporciona un método para formar una muesca de soldadura en un pieza de metal en hoja que comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en hoja que tiene una pluralidad de capas de material; (b) formar una brecha por ablación a lo largo de la pieza de metal en hoja al remover al menos una porción de la pluralidad de capas de material a lo largo de un trayecto de ablación en donde la brecha por ablación se define en parte por superficies que se oponen entre si a través del ancho de la brecha por ablación; y (c) remover una porción de la pieza de metal en hoja que incluye una de las superficies opuestas formadas en la etapa (b) para formar la muesca de soldadura, en donde la muesca de soldadura se define parcialmente por la otra de las superficies opuestas.

De acuerdo con otra modalidad, se proporciona un método para formar una muesca de soldadura en un pieza de metal en hoja que comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en hoja que tenga el primer y segundo lados opuestos y un borde cortado que se extienda entre los mismos, en donde el material de una capa de material de revestimiento a lo largo del primer lado se extiende al menos parcialmente a lo largo del borde cortado hacia el segundo lado en una dirección de corte; (b) remover parte de la capa de material de revestimiento de la pieza de metal en hoja a lo largo de una ubicación de linea de corte predeterminada; y (c) separar la pieza de metal en hoja en el primer y segunda piezas a lo largo de la ubicación de linea de corte, en donde la primera pieza incluye un borde soldable recién formado sustancialmente libre de material de la capa de material de revestimiento y la segunda pieza incluye el borde cortado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Modalidades ejemplares preferidas se describirán en adelante junto con los dibujos anexos, en donde designaciones similares indican elementos similares, y en donde: Las FIGURAS 1A-C son vistas en sección transversal de una junta de soldadura convencional que une piezas de metal en hoja que no tuvieron muescas de soldadura formadas en la misma antes de soldar; La FIGURA 2 es una vista en perspectiva de una región de borde de una pieza de metal en hoja ejemplar, que incluye muescas de soldadura en lados opuestos de la pieza de metal en hoja; La FIGURA 3 es una vista en sección transversal de una porción de la pieza de metal en hoja de la FIGURA 2; La FIGURA 4 es una porción alargada de la vista en sección transversal de la pieza de metal en hoja de la FIGURA 3 que muestra parte de las capas de material delgado; La FIGURA 5 es una vista en perspectiva de un proceso de ablación ejemplar que forma una brecha por ablación en una pieza de metal en hoja; La FIGURA 6 es una vista en sección transversal de la pieza de metal en hoja de la FIGURA 5; La FIGURA 7 es una vista en sección transversal de la pieza de metal en hoja de la FIGURA 6, en donde una porción de la región de borde se ha removido para formar una muesca de soldadura; La FIGURA 8 es la vista en sección transversal de la FIGURA 6, que muestra el material expulsado que se expulsa del sitio de ablación; La FIGURA 9 es una vista en sección transversal de un proceso de ablación con doble haz que forma una brecha por ablación con una profundidad no uniforme en una pieza de metal en hoja; La FIGURA 10 es una vista en sección transversal de la pieza de metal en hoja de la FIGURA 9, en donde una porción de la región de borde se ha removido para formar una muesca de soldadura con una profundidad no uniforme; La FIGURA 11 ilustra un ejemplo de puntos de láser solapados que pueden utilizarse con el proceso de ablación de la FIGURA 9, junto con una distribución de energía correspondiente para los puntos de láser solapados; La FIGURA 12 ilustra otro ejemplo de puntos de láser solapados que pueden utilizarse con el proceso de ablación de la FIGURA 9, junto con una distribución de energía correspondiente para los puntos de láser solapados; La FIGURA 13 es una vista en sección transversal de un proceso de ablación por desplazamiento que forma una brecha por ablación con un ángulo no nulo de incidencia en una pieza de metal en hoja; La FIGURA 14 es una vista en sección transversal de la pieza de metal en hoja de la FIGURA 13, en donde una porción de la región de borde se ha removido para formar una muesca de soldadura; La FIGURA 15 es una vista en perspectiva de una pieza de metal en hoja con una brecha en ablación formada alejada de la región de borde; y La FIGURA 16 es una vista en perspectiva de dos piezas de metal en hoja formadas al cortar la pieza de metal en hoja de la FIGURA 15 a lo largo de la brecha por ablación, en donde cada una de las dos piezas de metal en hoja incluye una muesca de soldadura a lo largo de una región de borde formada recientemente.

Las piezas de metal en hoja descritas en la presente pueden formarse con muescas de soldadura ubicadas a lo largo de uno o más bordes, en donde las muescas de soldadura se caracterizan por la ausencia de ciertos materiales constituyentes de manera que no contamine de manera inaceptable las soldaduras cercanas. Por ejemplo, una pieza de metal en hoja puede producirse de manera que el material de una o más capas de material de revestimiento se reduzca o elimine en una muesca de soldadura ubicada a lo largo del borde de metal en hoja. Esto, a su vez, puede evitar contaminación por las capas de material de revestimiento de una junta de soldadura cercana formada a lo largo del borde de metal en hoja y por consiguiente conservar la resistencia y/o durabilidad de la junta de soldadura en procesos subsiguientes o durante su vida útil de servicio. Un proceso de ablación de brecha puede utilizarse para formar las muescas de soldadura de alta calidad en una forma que sea relativamente insensible a las condiciones de borde de metal en hoja.

Regresando primero a las FIGURAS 1A-C, se muestran algunas de las etapas implicadas con la fabricación de una plantilla 10 soldada a la medida convencional que incluye piezas 12, 12' de metal en hoja gruesas y delgadas soldadas por láser juntas en una forma de borde a borde. De acuerdo con este ejemplo, cada una de las piezas 12, 12' de metal en hoja tiene una capa 14 de material base y varias capas 16, 18 de material delgado que cubren superficies opuestas de la capa de material base. Como se aprecia por aquellos de experiencia en la téenica, existen numerosas capas de material que podrían encontrarse en materia metálica en hoja, incluyendo varios tipos de tratamientos superficiales, capas de material de revestimiento tales como capas de material de aluminio y zinc (por ejemplo, compuestos de aluminio), aceites y otras sustancias de prevención de oxidación, contaminantes de los procesos de manufactura o manejo de materiales, y capas de oxidación, sólo por nombrar algunas. Una vez que las dos piezas de metal en hoja se ponen juntas en empalme, un haz de láser u otra herramienta de soldadura se utiliza para fundir parte del metal en hoja ubicado en la región de borde 20, 20' de modo que una cierta cantidad de las capas 16, 18 de material delgado se integra dentro de la junta 22 de soldadura resultante. A menos que primero se remuevan, estos constituyentes indeseados podrían tener un impacto negativo en la resistencia general y calidad de la junta de soldadura.

Con referencia a la FIGURA 2, se muestra una pieza 12 de metal en hoja ejemplar que puede formarse por el presente método y soldarse de manera subsiguiente a una pieza adyacente a lo largo de una región 20 de borde. La pieza 12 de metal en hoja incluye primer y segundo lado 24, 26 opuestos, y la región 20 de borde se ubica a largo de un borde 28 que se soldará. La región 20 de borde particular mostrada en la FIGURA 2 incluye dos muescas 30, 30' de soldadura, donde las dos muescas de soldadura se extienden a lo largo de la región de borde en lados 24, 26 opuestos de la pieza 12 de metal en hoja. Cada muesca 30, 30' de soldadura se define por una primera superficie 32 de muesca y una segunda superficie 34 de muesca que entrecruzan o se unen entre si. Aunque se muestra con primera y segunda superficies 32, 34 de muesca generalmente perpendiculares a lo largo de una sola región 20 de borde recto, las muescas de soldadura pueden configurarse de numerosas formas. Por ejemplo, una muesca de soldadura puede: incluir una o más superficies de muesca fuera de eje o desplazadas, tener una profundidad uniforme o no uniforme y/o ancho, diferir entre otras muescas de soldadura ubicadas en la misma pieza metal en hoja en términos de tamaño, forma, configuración, etcétera, o ser parte de una región de borde ubicada a lo largo de un borde recto, un borde curvado, múltiples bordes recto y curvado, o alguna otra parte de la pieza de metal en hoja, por citar algunas posibilidades. Algunas de estas modalidades diferentes se ilustran en los dibujos.

La FIGURA 3 es una sección transversal de la región 20 de borde de la pieza 12 de metal en hoja que se muestra en la FIGURA 2. La pieza 12 de metal en hoja ilustrada incluye múltiples capas de material, que incluyen la capa 14 de material base, las capas 16 de material intermedio, y las capas 18 de material de revestimiento. En esta modalidad, la capa 14 de material base es la capa de material central o de núcleo (por ejemplo, un alma de acero) y se intercala entre las capas 16 de material intermedio y las capas 18 de material de revestimiento. La capa 14 de material base compone la mayor parte del espesor T de la pieza 12 de metal en hoja y de esta manera pueden contribuir significativamente a las propiedades mecánicas de la pieza de metal en hoja. Las capas 18 de material de revestimiento se ubican sobre superficies opuestas de la capa 14 de material base y son las capas exteriores de la pieza 12 de metal en hoja. Cada capa 18 de material de revestimiento es relativamente delgada con respecto a la capa 14 de material base y puede seleccionarse para mejorar una o más características de la pieza de metal en hoja (por ejemplo, resistencia a la corrosión, dureza, peso, conformabilidad, apariencia, etcétera). La capa 18 de material de revestimiento también puede seleccionarse para su uso o compatibilidad con procesos subsiguientes, tal como tratamiento térmico o procesos de inter-difusión, por ejemplo.

Cada capa 16 de material intermedio se ubica entre la capa 14 base y una de la capas 18 de revestimiento, y se encuentra en contacto con cada una de esta modalidad. La capa 16 de material intermedio incluye al menos un constituyente en común de cada una de las capas 14, 18 inmediatamente adyacentes, tal como un elemento atómico o compuesto químico. La capa 16 de material intermedio puede ser un producto de reacción de las capas 14, 18 de material base y de revestimiento. Por ejemplo, un proceso de revestimiento por inmersión, en el cual la capa de material base se sumerge o se pasa a través de un baño de fusión del material de revestimiento, puede dar como resultado en una reacción química en la interconexión de la capa de material base y el baño de fusión, y el producto de reacción es la capa 16 de material intermedio. En un ejemplo específico de tal proceso de re estimiento por inmersión, la capa 14 de material base es acero y la capa 18 de material de revestimiento es una aleación de aluminio. El baño de fusión de la aleación de aluminio reacciona con la capa de material base en su superficie para formar la capa 16 de material intermedio, la cual incluye compuestos inter-metálicos de hierro-aluminio (FexAly) tal como Fe2Al5. La capa 16 de material intermedio puede tener un contenido superior del constituyente de capa de material base (por ejemplo, hierro) en áreas cercanas a la capa 14 de material base, y un contenido superior del constituyente de capa del material de revestimiento (por ejemplo, aluminio) en áreas más cercanas a la capa 18 de material de revestimiento. Aunque se muestra en la FIGURA 3 como una capa perfectamente plana con un espesor constante, la capa 16 de material intermedio puede ser irregular a lo largo de sus superficies opuestas como se representa en la vista alargada de la FIGURA 4. La pieza 12 de metal en hoja puede incluir otras capas de material adicional, asi como, no se limita a la disposición particular descrita aquí.

Un ejemplo especifico de la pieza de metal en hoja de varias capas que es útil para formar partes de las industrias automotrices y otras es un producto de acero revestido, tal como aquel mostrado en la FIGURA 3. En una modalidad particular, la capa 14 de material base es una aleación de acero de alta resistencia o endurecible tal como una aleación de boro acero o un acero de baja aleación de alta resistencia (HSLA). Algunos materiales, aunque fuertes por su peso, con frecuencia requieren procesos de tratamiento térmico para obtener las propiedades de alta resistencias y/o sólo pueden formarse a altas temperaturas. La capa 18 de material de revestimiento puede seleccionarse para ayudar a evitar oxidación durante el tratamiento térmico, ser más ligeras en peso que la capa 14 del material base, y/o para interdifundirse con las otras capas de la pieza 12 de metal en hoja durante el tratamiento térmico subsiguiente. En una modalidad, la capa 18 de material de revestimiento es aluminio puro (AL) o una aleación de aluminio, tal como una aleación de Al-silicio (Ai-Si). Otras composiciones posibles para la capa 18 de material de revestimiento incluyen aleaciones de zinc puro y zinc o compuestos (por ejemplo, donde el material subyacente se galvaniza). Donde la capa 14 de material base es acero y la capa 18 de material de revestimiento comprende aluminio, la capa 16 de material intermedio puede incluir hierro y aluminio en forma de compuestos inter-metálicos tales como FeAl, FeAl2, Fe3Al o Fe2Al5. La capa 16 de material intermedio también puede incluir una aleación de constituyentes de capas adyacentes.

Algunos espesores de capa de material ejemplares varían de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 2.0 m para la capa 14 de material base, de aproximadamente 1 m a aproximadamente 15 m para la capa 16 intermedia, y de aproximadamente 5 m a aproximadamente 100 m para la capa 18 de material de revestimiento. Desde luego, estos márgenes no son limitantes, ya que los espesores de capa individuales dependen de varios factores específicos para la aplicación y/o los tipos de materiales empleados. Por ejemplo, la capa 14 de material base puede ser un material distinto al acero, tal como aleación de aluminio u otro cierto material adecuado, en cuyo caso el espesor puede ser exterior del margen ejemplar anterior. El método descrito en la presente puede utilizarse con piezas de metal en hoja que tienen más o menos capas de material que las mostradas en las figuras. Aquellos con experiencia en la téenica también apreciarán que las figuras no necesariamente son a escala y que los espesores relativos de las capas 14-18 pueden diferir de aquellos ilustrados en los dibujos.

Con referencia nuevamente a la FIGURA 3, la muesca 30 de soldadura en el primer lado 24 de la pieza de metal en hoja se describirá: Esta descripción aplica a la muesca 30' de soldadura en el segundo lado.26 opuesto también. La muesca 30 de soldadura es una porción de la región 20 de borde de la pieza 12 de metal en hoja donde cierto material se ha removido u omitido de la estructura estratificada de cierta manera uniforme. La muesca 30 de soldadura promueve una junta de soldadura de alta calidad a lo largo del borde 28 cuando la pieza de metal en hoja se suelda a otra pieza, y puede hacerse de esta manera mediante una configuración que reduce o elimina la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa 16 de material intermedio en la región 20 de borde de manera que no se vuelva parte de una junta de soldadura subsiguiente. Esto particularmente es útil donde la capa 18 de material de revestimiento incluye uno o más constituyentes que forman discontinuidades en o pueden debilitar de otra manera la junta de soldadura resultante si se incluye en la presente. La muesca 30 de soldadura tiene un ancho W de soldadura y la profundidad D de muesca, cada una siendo relativamente constante a lo largo de la longitud del borde 28 en esta modalidad particular. El ancho W de muesca es la distancia desde el borde 28 hasta la primera superficie 32 de muesca, y la profundidad de muesca D es la distancia del primer lado 24 (es decir, la superficie exterior de la capa 18 de material de revestimiento) o la segunda superficie 34 de muesca. Donde la muesca 30 de soldadura es cuadrada con la pieza de metal en hoja, como se muestra en este ejemplo particular, el ancho W de muesca es igual al ancho de la segunda superficie 34 de muesca, y la profundidad D de muesca es igual al ancho de la primera superficie 32 de muesca.

Las dimensiones de la muesca 30 de soldadura pueden relacionarse con el espesor T de la pieza de metal en hoja, al tamaño pretendido de la junta de soldadura que se forma en el borde 28, y/o uno o más espesores de capa de material. En una modalidad, el ancho W de muesca se encuentra en un margen de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1.5 veces el espesor T. En otra modalidad, el ancho W de muesca se encuentra en un margen de aproximadamente 0.5 mm a aproximadamente 4 mm. El ancho W de muesca también puede ser al menos la mitad del ancho de la junta de soldadura pretendida. La profundidad D de muesca para el ejemplo mostrado en la FIGURA 3 es mayor que el espesor de la capa 18 de material de revestimiento y menor que el espesor combinado de las capas 16, 18 de material de revestimiento e intermedio, pero esto no es necesario y puede diferir algunas de las otras modalidades ejemplares.

La muesca 30 de soldadura también puede describirse con relación a ciertas características de las superficies 32, 34 de muesca. Por ejemplo, en la modalidad de la FIGURA 3, la primera superficie 32 de muesca incluye material de la capa 16 de material intermedio y la capa 18 de material de revestimiento. La segunda superficie 34 de muesca incluye material de la capa 16 de material intermedio solamente, y la primera y segunda superficies de muesca entrecruzan a lo largo de una unión o esquina 36 que se coloca o se ubica en la capa de material intermedio. De esta manera, en este ejemplo particular, la muesca 30 de soldadura se forma en la pieza 12 de metal en hoja al remover toda la capa 18 de material de revestimiento y una porción de la capa 16 de material intermedio a lo largo de la región 20 de borde. En otros ejemplos, la muesca de soldadura puede formarse al remover sólo una porción de la capa 18 de material de revestimiento, o al remover todo el revestimiento y las capas 18, 16 de material intermedio y una porción de la capa 14 de material base. Cada una de las superficies 32, 34 de muesca también puede incluir estrías, líneas de presencia, u otros indicadores del tipo de proceso utilizado para remover material en la ubicación de muesca de soldadura.

Con referencia ahora a las FIGURAS 5-7, se muestra un método ejemplar para formar la muesca 30 de soldadura en la pieza 12 de metal en hoja. El método incluye utilizar un proceso de ablación por láser para formar una brecha 130 por ablación a lo largo de la región 20 de borde y remover de manera subsiguiente una porción 138 de la región de borde para formar la muesca 30 de soldadura. Como se muestra en la FIGURA 5, un haz 102 de láser se dirige en la región 20 de borde de una fuente de láser (no mostrada) para formar la brecha 130 por ablación a lo largo de la región de borde. La energía proporcionada por el haz 102 de láser se transfiere a la pieza 12 de metal en hoja en forma de energía térmica en un sitio de ablación o punto 104 de láser, fundir y/o vaporizar material en el sitio de ablación para eliminar material de una o más capas de la pieza de metal en hoja. El haz 102 de láser sigue una trayectoria 106 a lo largo de la región de borde 20 para formar la brecha 130 en la configuración deseada y ubicación. Para piezas de metal en hoja que incluyen capas 14, 16, 18 base, intermedia y de revestimiento tal como aquella mostrada en la FIGURA 3, la brecha 130 por ablación puede formarse al remover todo o parte de la capa 18 de material de revestimiento, toda o parte de la capa 16 de material intermedio y/o parte de la capa 14 de material base a lo largo de la trayectoria 106 de ablación. En ciertas aplicaciones, donde es importante que existan muy pocos, si los hubiera, contaminantes de capa de materiales en una soldadura resultante, puede ser útil remover completamente entre las capas 16 y 18 de material en el área de la brecha 130 por ablación de manera que la capa 14 de material base se exponga. En el ejemplo ilustrado, la pieza 12 de metal en hoja se muestra con una brecha 130' por ablación ya formada a lo largo de la región de borde en el lado 26 opuesto de la pieza de metal en hoja. Debe apreciarse que los métodos sin láser pueden utilizarse para formar la brecha por ablación, tal como raspado, rectificado y/u otras téenicas mecánicas para remover material.

Durante el presente método, la pieza 12.de metal en hoja puede mantenerse estacionario mientras el haz 102 de láser se mueve a lo largo de la trayectoria 106. En una modalidad diferente, la pieza 12 de metal en hoja se mueve o se indexa mientras el haz 102 de láser permanece estacionario. Otras téenicas, tales como mover la fuente de láser y la pieza de metal en hoja, pueden emplearse también. Algunas porciones de la trayectoria 106 pueden ser rectas o rectilíneas, como se muestra en la FIGURA 5, mientras otras porciones pueden contornearse, curvarse o ser curvilíneas; no es necesario que la brecha 130 por ablación siga una trayectoria 106 recta, ya que trayectorias que tienen otras configuraciones pueden seguirse en su lugar. Cualquier láser adecuado u otro dispositivo de emisión de luz comparable puede utilizarse para formar brechas por ablación, y pueden utilizarse de esta manera una variedad de parámetros de operación o equipo. En un ejemplo, la fuente de láser es un láser conmutado Q, pero otros tipos de ondas continuas y de láser pulsados pueden utilizarse en su lugar tal como varios láseres pulsados por nanosegundos, femtosegundos y picosegundos. El punto de láser o espacio ocupado 104 puede ser redondo, cuadrado, rectangular, elíptico, o cualquier otra forma adecuada, como se explicará de manera subsiguiente. Ejemplos no limitantes de parámetros de operación seleccionables o ajustables para la fuente de láser pueden incluir: potencia láser, frecuencia de pulso, ancho de pulso, energía de pulso, potencia de pulso, ciclo de trabajo, área puntual, el solapamiento entre los pulsos de láser sucesivos y la velocidad de la fuente de láser con respecto a la pieza 12 de metal en hoja, por citar algunas posibilidades. Cualquier combinación de estos parámetros de operación puede seleccionarse y controlarse por el presente método basándose en las necesidades particulares de la aplicación.

La brecha 130 por ablación se forma de manera que se separe de un borde 128 de inicio de la pieza 12 de metal en hoja. En otras palabras, el haz 102 de láser no choca con el borde 128 de inicio de la pieza de metal en hoja durante el proceso de ablación por láser, de acuerdo con esta modalidad particular. El punto 104 láser se separa del borde 128 de inicio por una distancia L a medida que se mueve a lo largo del trayecto 106. La brecha 130 puede formarse por una sola pasada del haz 102 de láser a lo largo de la dirección x, donde el punto 104 de láser tiene el mismo ancho W que la brecha deseada y remueve la cantidad deseada de material en una pasada. En otros ejemplos, donde el ancho del punto 104 de láser es menor que el ancho deseado W de la brecha 130, la brecha se forma en múltiples pasadas del haz 102 de láser a lo largo de la dirección x en diferentes distancias del borde 128 de inicio. O la brecha 130 puede formarse en una sola pasada del haz de láser a lo largo de la dirección x con el haz de láser moviéndose de atrás hacia delante en la dirección y durante la sola pasada en la dirección x; esta téenica resulta en numerosas pasadas cortas en la dirección y, donde cada pasada se separa de una pasada adyacente por una pequeña distancia en la dirección x.

La brecha 130 por ablación resultante incluye una o más superficies que definen de manera subsiguiente la muesca 30 de soldadura final de la FIGURA 7. Como mejor se muestra en la FIGURA 6, la brecha 130 por ablación incluye primera, segunda, y tercera superficie 132, 134, y 136 de brecha, de la cuales algunas definen de manera subsiguiente la muesca 30 de soldadura final. En el ejemplo ilustrado, las superficies 132-136 generalmente son ortogonales con respecto entre si y con respecto a la pieza 12 de metal en hoja. La primer y tercer superficie 132, 136 se oponen entre si a través del ancho de la brecha 130 con la segunda superficie 134 de brecha extendiéndose entre las mismas. Las superficies 132, 136 generalmente son paralelas entre si y perpendiculares al plano de la pieza 12 de metal en hoja, mientras la segunda superficie 134 generalmente es paralela con el plano de la pieza de metal en hoja. El tamaño general, forma, orientación, etcétera, de las superficies de brecha se impulsan ampliamente por los atributos del haz de láser que se utiliza para cortar la brecha. Otros perfiles de brecha de ablación son ciertamente posibles, como se describe a continuación en ejemplos adicionales.

Como se muestra en la FIGURA 7, una porción 138 de la región 20 de borde se remueve de la pieza 12 de metal en hoja después de que se forma la brecha 130 por ablación, que resulta en la muesca 30 de soldadura. Al menos una porción de la segunda superficie 134 de brecha permanece con la pieza 12 de metal en hoja para volverse la segunda superficie 34 de la muesca 30 de soldadura resultante. La primera superficie 132 de brecha se vuelve la primera superficie 32 de muesca de soldadura, mientras que la tercera superficie 136 de brecha se descarta con la porción 138 removida. Aunque se distingue aquí como superficies de diferentes características -es decir, superficies de brecha y muesca- la primera superficie de brecha 132 se vuelve la primera superficie 32 de muesca de soldadura. De esta manera, puede decirse que la primera superficie 32 de muesca de soldadura se forma durante el proceso de ablación por láser. De igual manera, la segunda superficie 34 de muesca se forma durante el proceso de ablación como parte de la segunda superficie 134 de muesca. El borde 28 de soldadura de la pieza 12 de metal en hoja se realiza cuando se remueve la porción 138.

La porción 138 removida incluye el borde 128 de inicio de la pieza 12 de metal en hoja, así como la tercera superficie 136 de brecha. La porción 138 removida también puede incluir una segunda porción de la segunda superficie 134 de brecha, como se muestra en la FIGURA 7. Cualquier téenica adecuada puede utilizarse para remover la porción 138 de la pieza 12 de metal en hoja para formar la muesca 30 de soldadura y el borde 28 adyacente, tal como el cortar, someter a esfuerzo cortante, rectificar o recortar con una cuchilla, láser u otra herramienta de corte. El borde 28 se forma en una ubicación predeterminada o linea 140 de corte, mostrada en la FIGURA 6, la cual yace entre la primera y tercera superficie 132, 136 de la brecha 130 por ablación. En una modalidad, la tercera superficie 136 de brecha y la linea 140 de corte generalmente se co-ubican de manera que toda la superficie 134 de brecha permanezca en parte de la muesca 30 de soldadura resultante -es decir, anchos W y W son los mismos. La linea 140 de corte puede ubicarse en cualquier lugar entre la primera y tercera superficie 132, 136 y se separa de la primera superficie 132 de brecha por el ancho deseado W de la muesca 30 de soldadura terminada. La linea 140 de corte de preferencia yace dentro de una región 142 central de la brecha 130, la región central se separa de igual manera de la primera y tercera superficies 132, 136 y comprende 40 y un 60% de la segunda superficie 134.

Formar la muesca 30 de soldadura al formar primero una brecha 130 por ablación en la pieza 12 de metal en hoja y de manera subsiguiente recortar o remover la porción 138 resulta en un borde 28 soldable recién formado que se encuentra libre de material de la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa 16 de material intermedio. Aunque no necesariamente es intencional, el borde 128 de inicio de la pieza 12 de metal en hoja puede incluir material de la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa 16 de material intermedio que se ha frotado, barrido y/o de otra manera jalado a lo largo del borde durante una operación de corte previa; esto se ilustra mejor en la FIGURA 6. En otras palabras, la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa 16 de material de intermedio puede envolverse alrededor de una esquina 144 de la pieza de metal en hoja de manera que se presente a lo largo de al menos una porción del borde 128 de inicio. En el ejemplo ilustrado, el borde 128 de inicio se formó en una operación de esfuerzo cortante previa en la cual una cuchilla de corte cortó el material en la dirección indicada por la flecha de señalamiento descendente. Tal operación de corte puede realizarse en una acería o una instalación de revestimiento de metal donde la capa 14 de material base se reviste primero y después se corta o se divide en el ancho deseado para transporte. Formar la muesca 30 de soldadura en un proceso que remueve el borde 128 de inicio elimina cualquier material de revestimiento no pretendido en el borde 28 de acabado de la pieza de metal en hoja que pudiera contaminar de otra manera la junta de soldadura que eventualmente se forma en ese borde.

Otra fuente no pretendida de material de revestimiento en el borde 128 de inicio es el proceso de ablación por láser mismo. Como se muestra en la FIGURA 8, el material removido por el proceso de ablación algunas veces puede depositarse a lo largo de otra cierta porción de la región 20 de borde, incluyendo en lo cerca del borde 128 de inicio. En el ejemplo ilustrado, el material 146 expulsado puede expulsarse por ondas de choque u otra expansión de material rápida presente en el área del punto 104 del láser. Gotitas de fusión de material 146 expulsado pueden depositarse en la pieza de metal en hoja lejos de la brecha 130 formada, donde se solidifican. Un fenómeno similar puede existir incluso en los procesos de ablación donde la muesca 30 de soldadura se forma directamente a lo largo del borde 128 de inicio (por ejemplo, donde L=0 en las FIGURAS 5-6) y el material expulsado se solidifica a lo largo del borde. Debido a que el material 146 expulsado puede incluir material de la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa de material intermedio, representa un contaminante potencial de junta de soldadura. Remover la porción 138 de la región 20 de borde o recortar de otra manera la pieza de metal en hoja a lo largo de la brecha 130 por ablación antes descrita puede eliminar este contaminante potencial. Aquellos con experiencia en la téenica realizarán otras ventajas para formar la muesca 30 de soldadura como se describe en la presente.

Regresando ahora a las FIGURAS 9-12, se muestra un ejemplo de un proceso de ablación de varios láser o con doble haz donde el primero y segundo haces 102, 102' de láser se solapan en un punto 104'' de láser compuesto, en el cual la energía combinada de los láseres es mayor. En el ejemplo ilustrado, el punto 104'' de láser compuesto o solapado se encuentra aproximadamente del centro de la brecha 130 formada, y más remoción de material se produce en el punto compuesto que en lugares donde los puntos 104, 104' de láser no se solapan; Esto se demuestra por la forma de la brecha 130 por ablación, la cual es más profunda en el centro de la brecha. En el ejemplo ilustrado, la ubicación de la linea 140 de corte coincide con la ubicación del punto 104'' de láser compuesto. Tal proceso de doble haz puede ser útil para formar una muesca 30 de soldadura que tiene una profundidad D no constante o no uniforme a través de su ancho W, tal como la muesca de soldadura ilustrada en la FIGURA 10. Por ejemplo, este proceso puede remover el material de la capa 18 de material de revestimiento, la capa 16 de material intermedio y la capa 14 de material base en el punto 104'' de láser compuesto, mientras sólo remueve el material de la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa 16 de material intermedio en las porciones no solapadas de los puntos 104, 104' de láser. La porción de la brecha 130 por ablación formada en el punto 104'' de láser compuesto también puede utilizarse como indicador visual en la operación de recorte subsiguiente de la FIGURA 10 donde se remueve la porción 138. Por ejemplo, el color diferente y/o contorno de la brecha 130 por ablación en la porción central más profunda de la brecha puede percibirse por un operador en una operación de recorte manual y/o por un sistema de visualización o similar en una operación de recorte automatizado.

Los puntos 104, 104' de láser solapados pueden utilizarse para personalizar o manipular la distribución de energía de los láseres en el sitio de ablación, como se muestra en las FIGURAS 11 y 12. Por ejemplo, los puntos 104, 104' de láser redondo mostrados en la parte superior de la FIGURA 11 se solapan para formar el punto 104'1 de láser compuesto, y la distribución 200 de energía correspondiente del punto de láser compuesto se muestra en el diagrama de la FIGURA 11. La distribución de energía incluye un pico o máximo 202 en la región del punto 104'' de láser compuesto donde ambos haces de láser se encuentran presentes. La forma real de la distribución de energía puede variar de aquella mostrada aquí dependiendo de varios factores, incluyendo las distribuciones de energía individuales de cada punto de láser, la distancia del plano focal de cada punto de láser y otros factores. En este ejemplo, el punto 104'' de láser compuesto se dirige a lo largo de la linea 140 de corte pretendida de la pieza 12 de metal en hoja. La FIGURA 12 representa un punto 104'' de láser compuesto donde los puntos 104, 104' de láser individuales tienen forma rectangular en comparación con el ejemplo anterior donde son circulares. Puntos de láser o espacios ocupados que tienen diferentes tamaños, formas, configuraciones, etcétera, pueden utilizarse en lugar de o además de aquellos descritos en la presente.

Regresando ahora a la FIGURA 13, se muestra otro proceso de ablación ejemplar donde el haz 102 de láser se dirigen en la región 20 de borde de acuerdo con un ángulo no nulo o de desplazamiento de incidencia a.El ángulo de incidencia a, como se utiliza en la presente, generalmente se refiere al ángulo que se forma entre un eje central A del haz de láser y una línea B que es normal para la superficie lateral de la pieza de metal en hoja, y el ángulo puede ser positivo o negativo. En las modalidades previamente ilustradas, el ángulo de incidencia a es nulo, en la modalidad ejemplar mostrada en la FIGURA 13, el ángulo de incidencia a se encuentra entre aproximadamente Io y 45° (por ejemplo, aproximadamente 10°), pero otros ángulos ciertamente son posibles dependiendo de la aplicación particular. Un ángulo no nulo de incidencia a puede utilizarse para formar una brecha 130 por ablación y una muesca 30 de soldadura resultante que se desplaza con respecto a las capas de material diferentes de la piezas 12 de metal en hoja. Por ejemplo, la muesca 30 de soldadura resultante mostrada en la FIGURA 14 se tuerce o inclina. Esto puede tener un efecto similar en la muesca de soldadura resultante como el ejemplo de doble haz de las FIGURAS 9-12, donde es posible que la capa 14 de material base se exponga en la porción de la muesca 30 de soldadura más cercana al borde 28 terminado, y no se expone a lo largo del resto de la muesca de soldadura. Puesto de manera diferente, el ángulo no nulo de incidencia puede formar una brecha 130 por ablación por desplazamiento que tiene una profundidad D no uniforme a través de su ancho W, donde la profundidad de la muesca de soldadura por desplazamiento puede manejarse para controlar mejor la composición de material de una junta de soldadura futura.

En otra modalidad, la brecha 130 por ablación puede formarse alejada de la región 20 de borde donde el borde 128 de inicio se dispone. En el ejemplo mostrado en las FIGURAS 15 y 16, la brecha 130 por ablación se forma alejada de la región 20 de borde de la pieza 12 de metal en hoja, y la pieza de metal en hoja se recorta de manera subsiguiente o se corta a lo largo de la brecha en la linea 140 de corte para formar dos piezas 212 y 312. Cada pieza 212, 312 de metal en hoja recién formada incluye un borde 228, 328 para soldarse, y cada borde se ubica a lo largo de una región 220, 320 de borde recién formada de cada pieza. En este caso, cada muesca 230, 330 de soldadura resultante puede tener un ancho que es aproximadamente la mitad del ancho de la brecha 130 por ablación previamente formada. O la suma de los anchos de las muescas 230, 330 de soldaduras resultantes es el mismo que el ancho de 1a brecha 130 por ablación. La primera y tercera superficies 132, 136 de la brecha 130 por ablación de la FIGURA 15 se vuelve las primeras superficies 332, 232 de muesca de soldadura de las muescas 330, 230 de soldadura resultantes. Y en la segunda superficie de la brecha 130 por ablación se divide para volverse la segunda superficie 334, 234 de muesca de soldadura de las muescas 330, 230 de soldadura resultantes. En al menos parte de las modalidades previamente descritas, donde la linea 140 de corte se ubica dentro de la región 120 de borde, la porción 138 removida de la pieza de metal en hoja no se puede utilizar prácticamente para soldarse de manera subsiguiente a otra pieza de metal en hoja para formar un ensamble de plantilla soldada -es decir, la distancia L es demasiado pequeña y la porción 138 removida se descarta. La téenica ilustrada en las FIGURAS 15 y 16 resulta en primera y segunda piezas 212, 312 de metal en hoja, cada una con las muescas 230, 330 de soldadura ubicadas a lo largo de los bordes 228.328. Debido a que el borde 228, 328 soldable se forma después de una o más capas de material se han removido en la linea 140 de corte donde se forman los nuevos bordes, los nuevos bordes pueden ser libres de contaminantes no deseados tales como material de la capa 18 de material de revestimiento y/o la capa 16 de material de intermedio.

Se entenderá que la descripción anterior no es una definición de la invención, sino una descripción de una o más modalidades ejemplares preferidas de la invención. La invención no se limita a modalidades particulares descritas en la presente, sino más bien se define solamente por las reivindicaciones siguientes. Además, las declaraciones contenidas en la descripción anterior se relacionan con modalidades particulares y no se deben interpretar como limitaciones del alcance de la invención o de la definición de términos utilizados en las reivindicaciones, excepto donde un término o frase se defina expresamente en lo anterior. Otras diversas modalidades y varios cambios y modificaciones a las modalidades descritas se volverán aparentes para aquellos de experiencia en la téenica. Todas las otras modalidades, cambios, y modificaciones se pretenden para caer dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Como se utiliza en esta especificación y las reivindicaciones, los términos "por ejemplo", "p.e.", "a manera de ejemplo", "tal como" y "similares" y los verbos "que comprenden", "que tiene", "que incluye", y sus otras formas verbales, cuando se utilizan junto con un listado de uno o más componentes u otros artículos, cada uno deberá interpretarse como de sentido abierto, significando que el listado no se considerará como excluyendo otros componentes adicionales o artículos. Otros términos se interpretarán utilizando su significado más amplio razonable a menos que se utilicen en un contexto que requiera una interpretación diferente.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar una muesca de soldadura en una pieza de metal en hoja, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en hoja que tiene una pluralidad de capas de material 18). (b) formar una brecha por ablación a lo largo de la pieza de metal en hoja al remover al menos una porción de la pluralidad de capas de material a lo largo de un trayecto de ablación de manera que la brecha por ablación se separe de un borde de la pieza de metal en hoja; y (c) cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de la brecha por ablación para formar la muesca de soldadura.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa (b) además comprende formar la brecha por ablación dentro de una región de borde de la pieza de metal en hoja, y la etapa (c) además comprende remover una porción de la región de borde.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa (b) además comprende formar la brecha por ablación lejos de una región de borde de la pieza de metal en hoja, y la etapa (c) además comprende cortar la pieza de metal en hoja en dos piezas de metal en hoja separadas.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir el primer y segundo haces de láser hacia la pieza de metal en hoja de manera que los haces se solapen en un punto de láser compuesto y formen la brecha por ablación con una profundidad no uniforme.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa (c) además comprende cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de una linea de corte que corresponde a la porción de la brecha por ablación formada por el punto de láser compuesto.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir un haz de láser hacia la pieza de metal en hoja en un ángulo no nulo o de desplazamiento de incidencia (a) para formar una muesca de soldadura que se desplaza con respecto a la pluralidad de capas de material.

7. Un método para formar una muesca de soldadura en una pieza de metal en hoja, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en hoja que tiene una pluralidad de capas de material; (b) formar una brecha por ablación a lo largo de la pieza de metal en hoja al remover al menos una porción de la pluralidad de capas de material a lo largo de un trayecto de ablación, en donde la brecha por ablación se define en parte por superficies que se oponen entre si a través del ancho (W ) de la brecha por ablación; y (c) remover una porción de la pieza de metal en hoja que incluye una de las superficies opuestas formadas en la etapa (b) para formar la muesca de soldadura, en donde la muesca de soldadura se define parcialmente por las otras de las superficies opuestas.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la brecha por ablación además se define en parte por una tercera superficie que se extiende entre las superficies opuestas, y la etapa (c) además comprende cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de una región central de la brecha por ablación de manera que la muesca de soldadura se define adicionalmente por una porción de la tercera superficie y otra porción de la tercera superficie se remueve en la etapa (c).

9. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la brecha por ablación además se define en parte por una tercera superficie que se extiende entre las superficies opuestas, y la etapa (c) comprende cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de una de .las superficies opuestas de manera que la muesca de soldadura además se define sustancialmente por toda la tercera superficie.

10. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir primer y segundo haces de láser hacia la pieza de metal en hoja de manera que los haces se solapen en un punto de láser compuesto y formen la brecha por ablación con una profundidad no uniforme.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la etapa (c) además comprende cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de una linea de corte que corresponde a la porción de la brecha por ablación formada por el punto de láser compuesto.

12. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir un haz de láser hacia la pieza de metal en hoja en un ángulo no nulo o de desplazamiento de incidencia (a) para formar una muesca de soldadura que se desplaza con respecto a la pluralidad de capas de material.

13. Un método para formar una muesca de soldadura en una pieza de metal en hoja, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar una pieza de metal en hoja que tiene primer y segundo lados opuestos y un borde cortado que se extiende entre los mismos, en donde el material de una capa de material de revestimiento a lo largo del primer lado se extiende al menos parcialmente a lo largo del borde cortado hacia el segundo lado en una dirección de corte; (b) remover parte de la capa de material de revestimiento de la pieza de metal en hoja a lo largo de una ubicación de linea de corte predeterminada; y (c) separar la pieza de metal en hoja en primera y segunda piezas a lo largo de la ubicación de linea de corte, en donde la primera pieza incluye un borde soldable recién formado sustancialmente libre de material de la capa de material de revestimiento y la segunda pieza incluye el borde cortado.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa (b) comprende formar una brecha por ablación a lo largo de la ubicación de linea de corte, la brecha por ablación tiene un pluralidad de superficies de brecha, al menos una porción de parte de las superficies de brecha permanece dentro de la primera superficie de metal en hoja de la etapa (c) como superficies de muesca de soldadura.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la ubicación de linea de corte predeterminada se ubica dentro de una región de borde de la pieza de metal en hoja de modo que la segunda pieza no se puede utilizar para formar un ensamble de plantilla soldada.

16. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la ubicación de linea de corte predeterminada se ubica alejada de la región de borde de la pieza de metal en hoja de manera que cada una de la primera y segundas piezas incluya una muesca de soldadura a lo laígo de un borde soldable recién formado sustancialmente libre de material de la capa de material de revestimiento y se pueda utilizar para formar un ensamble de plantilla soldada.

17. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir primer y segundo haces de láser hacia la pieza de metal en hoja de manera que los haces se solapen en un punto de láser compuesto y forme una brecha por ablación con una profundidad no uniforme.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la ubicación de linea de corte corresponde a la porción de la brecha por ablación formada por el punto de láser compuesto y la etapa (c) además comprende cortar la pieza de metal en hoja a lo largo de la ubicación de linea de corte.

19. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa (b) además comprende dirigir un haz de láser hacia la pieza de metal en hoja en un ángulo no nulo o de desplazamiento de incidencia (a) para formar una muesca de soldadura de manera que se desplaza con respecto a la capa de material de revestimiento.